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煤粉锅炉等离子体点火技术
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危废处置行业 等离子体技术是回转窑焚烧技术的替代OR替补?

发布时间:2022-10-04 12:45:22 来源:必博赌场 作者:必博赌场网站地址

  最近两三年,随着环保监管越来越严厉,工业危险废物处置市场也越来越红火,由此带火了等离子体处理技术的相关线月,《危险废物处置工程技术导则》(HJ 2042-2014)(以下简称《技术导则》)就已发布实施,《技术导则》将等离子体技术正式列入危险废物处理可选技术路线。

  即便如此,业内仍然有各种各样的疑惑、质疑的声音,诸多行业人士发声,直指等离子体技术的弱点。等离子体技术的适用性问题,一时成为争论的焦点。受此影响,不少危废项目负责人心中犹豫,稳字当先,危废处置行业投资在等离子体技术上踌躇难行。

  众所周知,行业标准是非常严肃的,开不得玩笑。环保部(现生态环境部)发布的标准至少经过“三审两稿”,是政策专家、技术专家和行业行家从各个角度完善、权衡过的,因此,标准的条款是经得起推敲和检验的。《危险废物处置工程技术导则》对于等离子体技术的规定,凝聚了监管层、技术层和行业层的最大共识。

  (4.1.3.2)“危险废物非焚烧处置主要包括……、电弧等离子处置等。”传达了两方面的信息,一是我们讨论的是电弧等离子体,实指热等离子体;二是等离子体处置技术属于非焚烧技术路线,可以不需要氧气或者空气。

  (4.2.3.3)“电弧等离子体技术适用于处置毒性较高、化学性质稳定,并能长期存在于环境中的危险废物,特别适宜处置垃圾焚烧后的飞灰、粉碎后的电子垃圾、液态或气态有毒危险废弃物等。”表达了处置对象的适用性,特别指出了四类危险废物。

  (7.5.6)“采用等离子体技术处置危险废物时,应考虑其技术应用的范围,对拟处理的危险废物应根据废物特点进行预处理。包括去除包装、分离、固体混配、一次性包装物破碎、粉状废物造粒、液体过滤等,以确保满足其处理工艺要求。”提示预处理是非常必要的,并列举了预处理可能用到的方法。

  (7.6.2.3)“采用等离子体技术处置危险废物,应根据需要进行系统配置,确保等离子体熔融炉、电源设备、测量控制设备和制氮设备稳定运行,并配备相应的进料单元、热能回收单元、废气处理单元以及玻璃体输出成型单元。等离子体处置过程产生的废气在没有专门标准的前提下可参照GB18484执行。电弧等离子体技术的电弧温度达到7000℃以上,反应区温度控制在1200~1500℃范围。”提示了系统配置的要求以及关键工艺参数。

  《技术导则》以上四条基本上讲清楚了等离子体处理危废技术的工艺特征、适用性特点、预处理要求以及系统配置和关键工艺参数,既没有夸大优点之语,也没有贬低不足之处,当然,也就无法给出题目的答案。

  业内业外关于等离子体处理危废技术的担忧,主要体现在三方面:技术适用性、处理是否彻底、运行成本。提出问题不难,难在提对问题。很多帖子讨论三方面担忧的时候,是否提出正确的问题了呢?

  首先,什么是技术适用性?字面理解,指技术与对象、工况、目标的匹配程度。比较抽象,举例说明。

  回转窑焚烧技术是国内危险废物无害化处理的普适技术选项,可以处理多达二十多大类危废,包括固态的、液态的和气态的;工艺参数比较宽容,多数废料可以直接进窑,窑温控制精确度要求不高,操作要求不高,很多操作工不掌握窑炉和焚烧原理,一样上岗;理论上,回转窑焚烧技术的有机物焚毁率≥99.9%、残渣热灼减率≤5%,虽然,实际情况很不乐观。国内普遍接受,回转窑焚烧技术的技术适用性最好。

  用同样的逻辑,看看等离子体处理技术的适用性。电弧等离子体,此处可能有人质疑,不是说等离子体技术吗,为何又变成电弧等离子体了。(先来科普一下。我们常见的物质有三态:固液气,尤其是气体,如空气,看不见摸不着还不导电。那么高度电离的气体,还是气体吗?发光、发热、导电、大量电子粒子自由基,与气体完全是两种物质。这种高度电离的气体,就是物质第四态,等离子体。日常生活中最常见的等离子体包括日光灯和闪电,不常见但大名鼎鼎的当然是用于核聚变的氚氘等离子体了。我们人类最容易获得的可控有用等离子体都是电弧引发和电流维持的。因此,电弧等离子体理解成等离子体没毛病。)科普完了,回到正题。电弧等离子体技术适用于处理高毒、稳定、难降解的有机废物,难道对于一般危险废物就无能为力了吗?结果不言自明,对于处理对象而言,电弧等离子体技术拥有与回转窑焚烧技术同等甚至更好的匹配程度。

  对于危废处理工况,由于全电操作,电弧等离子体技术的工艺过程和参数更加稳定、一致,自动化程度更高,匹配程度更高。对于危废处理目标,电弧等离子体技术的有机物焚毁率≥99.99%,熔融玻璃体排渣,烟气处理负荷相当于回转窑焚烧技术的10~20%,匹配程度更高。分析至此,我们已经能够得出结论,电弧等离子体技术的适应性高于回转窑焚烧技术。为何总有人质疑适应性呢?可能是混淆了技术适应性与处理是否彻底、运行成本的区别。

  第二,处理是否彻底,或者,按某些“专家”之言,电弧等离子体技术并非危废终极处理技术,回转窑焚烧技术、安全填埋、刚性填埋同样不是终极处理技术啊。回转窑焚烧技术理论上高温焚烧、过量氧气、烟气净化处理,能达到很好的减量减容降害效果。但作者观察的实际案例则不然,回转窑内混合、干燥、焚烧、热解、熔融同时存在,工况非常复杂,残渣热灼减率达到5%标准并不容易,甚至超过20%的情况也不少见;二燃室气流扰动不足,可燃气体与空气混合不充分,焚毁率很难达到99.9%的要求;一次进风过量10-20%,二次进风过量20-30%,烟气处理负荷很大,烟气的颗粒物含量很高,飞灰(危废类别HW18)的产生量甚至高达危废处理量的20%,更不用说大量的烟气洗涤废碱液需要处理。很显然,不仅理论上回转窑焚烧技术的危废处理彻底程度低于电弧等离子体技术,而且实际运行上,回转窑焚烧技术的处理效果也不如某些“专家”宣讲的那样彻底。

  第三,作者看到很多“专家”表达过电弧等离子体技术运行成本高的观点,却很少看到具体的测算数据,估计大家也很想了解,电弧等离子体技术处理危废的运行成本高在哪里?高到什么水平?我们从三个角度尝试分析。

  其一,等离子体火炬(一说阴极)更换成本。通常选用液冷直流脉冲等离子体火炬,功率75~300KW,引弧阴极与火炬同寿命,工作阴极通常选用铜合金材质,根据工作电流、炉内气氛、电弧强度和工作气流的不同,阴极寿命在300~800h范围(常规工况>

  600h),阴极消耗过大影响等离子体形态和电热效率,因此,炉内等离子体火炬需要定期更换工作阴极或者整个火炬(通常火炬冗余配置,以应对更换需要)。以每小时处理1吨危废核算,约600吨处置量更换三个阴极,备件及更换服务费用不超过3*6=18万元,每吨分担费用≤300元。对于当下3000-6000元的危废处置价格,降低毛利率0.5-1%。

  其二,等离子体火炬的电费成本。等离子体火炬电热转换效率约70~80%,低于粉煤锅炉95%的热转换效率,也低于柴油喷枪的90%的热效率,是否据此可以认定离子体火炬消耗的电费非常高昂?以150KW×3的等离子体火炬热解炉(功率影响处理效率,不影响处理效果),处理1吨危废电能消耗450度,每吨分担电费≤360元。以1吨危废产生0.2吨的可燃气体,热值约2600KWh,假设燃气轮机的发电效率40%,发电量1040度,则电力富裕590度(相当于节约电费472元),可以补充烟气处理及其他辅助工艺的用电需求。此处,可能会有“专家”质疑:没有那么多的可燃气体怎么办?不能上燃气轮机怎么办?继续上数据。回转窑焚烧技术的设计危废进料热值要求3000~3500Kcal/Kg,相当于热值3480~4068KWh/吨,是前面案例的假设热值的1.34~1.56倍,也就是说,如果采用等离子体技术处理回转窑焚烧技术的危废,能够产生足够多的可燃气体。至于上不上燃气轮机,根据物质守恒、能量守恒定律,可燃气体及其能量既不会减少也不会消失,能量回收利用方案综合权衡,未必非燃气轮机不可,二燃室、燃气锅炉,或者直接销售,皆可考虑。

  其三,飞灰、残渣、烟气处理成本。这部分成本是回转窑焚烧危废的处置成本的大头,占比30-60%。等离子体技术产生的飞灰量相当于回转窑焚烧技术的10~20%,可以适当掺入危废进料中循环处理;玻璃体残渣属于一般固废,作为建筑材料的原料,大幅减少填埋费用;可燃气体和烟气处理负荷相当于回转窑焚烧技术的10~20%,处理成本相比回转窑焚烧技术降低40~60%。

  从等离子体火炬更换成本、电量消耗和飞灰残渣烟气处理三方面的比较分析,同等规模、相似类别危废无害化处理,等离子体处理技术的直接成本并不比回转窑焚烧技术高,由于飞灰、残渣和烟气处理成本的节约,很可能直接成本更低。当然,这是假设两种技术全部规范运营、达标排放的情况,而不是当下真假虚实不清不楚的数据对比。

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